gallery/logoheader

Причины накипеобразования

На́кипь — твёрдые отложения, образующиеся на тех поверхностях теплообменных аппаратов, на которых происходит нагревание (кипение, испарение) воды с растворенными солями жесткости.

 

При нагреве воды, соли, содержащиеся в ней, разлагаются на углекислый газ и нерастворимый осадок. Эти соли откладываются на ТЭНе и внутренних поверхностях устройств, приводя их в негодность.

 

Причиной образования накипи на нагревательных элементах является чрезмерное количество растворенных в воде солей кальция и магния. Чем больше этих солей, тем более «жёсткой» является вода.

 

По химическому составу преимущественно встречается накипь карбонатная (углекислые соли кальция и магния — CaCO3, MgCO3), сульфатная (CaSO4) и силикатная (кремнекислые соединения кальция, магния, железа, алюминия).

Накипь значительно ухудшает теплопроводность металла. Из-за дополнительной теплоизоляции нагреватель увеличивает свою температуру до установления нового равновесия вырабатываемого тепла и его отдачи сквозь слой накипи. Поскольку при повышении температуры сопротивление проводника увеличивается, его мощность снижается. Следовательно, время на нагрев воды увеличивается — как за счёт замедления теплопередачи на начальном этапе, так и за счёт постоянного снижения мощности в рабочем режиме. Количество потреблённой энергии для нагрева одинакового количества воды до одинаковой температуры при этом почти не меняется (меняется потребляемая мощность и время нагрева).

gallery/рисунок1

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности стали, из которой изготавливают теплообменники. Поэтому даже тончайший слой накипи создаёт большое термическое сопротивление и может привести к такому перегреву труб паровых котлов и пароперегревателей, что в них образуются отдулины и свищи, часто вызывающие разрыв труб.

 

Образование накипи предупреждают химической обработкой воды (умягчение), поступающей в котлы и теплообменники.

Недостатком химической обработки воды является необходимость подбора водно-химического режима и постоянного контроля за составом исходной воды. Также при использовании данного метода возможно образование отходов, требующих утилизации.

Углекислый газ вступает в реакцию с водой с образованием угольной кислоты (1), которая при обычном рН среды существует, в основном, в виде бикарбонат-иона,  НСО3- (2). Микроскопические морские организмы принимают это соединение в качестве карбоната (4) с образованием кальцита, который, в течение миллионов лет, создал обширные залежи известняка. Грунтовые воды, слегка подкисленные углекислотой, СО2 (которая поглощаются как из воздуха, так  и от дыхания почвенных бактерий) растворяют известняк (3), тем самым получив кальций и бикарбонат- ионы и становятся "жесткой". Если концентрация бикарбонат иона, НСО3- достаточно велика, сочетание процессов (2) и (4) вызывает образование карбонат кальция ("накипь"), которая осаждается на внутренней поверхности труб. Сам по себе бикарбонат кальция Ca (HCO3)2 не образует твердых веществ, но всегда выпадает в осадок в виде СаСО3.

 

При нагревании воды

Ca (HCO3)2  à CaCO3 (накипь) + H2O + CO2